개요

데이터센터(IDC)의 층별 레이아웃 설계 단계에서는 랙 배치나 급기량 같은 파라미터를 바꿔가며 다수의 대안을 비교 검토해야 하는 경우가 있습니다. 범용 CFD는 정확도가 높지만 케이스당 계산 시간이 길어 충분한 수의 대안을 돌려보기 어렵습니다. Boreas는 이런 스크리닝 단계에 맞춰 격자·수치기법을 단순화한 대신, 하나의 배치안을 수 분~수십 분 안에 계산할 수 있도록 만들어졌습니다.

실무에서는 보통 다음 2단계로 활용합니다.

1. 배치/풍량 스크리닝 — 랙 배치안과 급기 조건을 바꿔가며 다수 케이스(하루 수십~ 케이스 수준)를 빠르게 비교해 유력한 배치도 설계안을 좁힙니다.
2. 확정 설계안 검증 해석 — 좁혀진 설계안에 대해 CFD(상용코드 또는 오픈소스)로 정밀 검증 해석(하루 약 1케이스 수준)을 수행합니다.

이 문서는 1단계 스크리닝 성격의 예제로, 800랙 규모 가상 데이터센터 룸에 대해 Boreas로 정상상태 냉각 기류를 해석 사례를 다룹니다.

해석 대상 모델

• 랙 배치: 40열 × 20랙 = 800랙 (cold aisle / hot aisle 배치)
• 총 발열량: 5 MW
• 급기 조건: 총 440.0 m³/s (바닥 타일 1개당 0.925926 m/s)

실제 건물 도면을 기반으로 한 사례는 아니고, 기둥 간격이나 실제 룸 형상 같은 건축적 제약 없이 랙 열 하나를 반복해 늘린 단순화된 데모 지오메트리입니다. 800랙·5MW 규모에서도 계산 속도가 충분히 나오는지를 보여주는 것이 목적입니다.

40열 × 20랙, 800랙 전체 지오메트리

정상상태 온도 분포

전체 룸에 대한 정상상태 온도 분포입니다. Cold aisle(급기측, 저온)과 hot aisle(배기측, 고온)이 랙 열을 사이에 두고 교대로 나타나는 것을 확인할 수 있습니다.

온도 범위 16~28°C, 파란색(저온, cold aisle) - 빨간색(고온, hot aisle) 교대 배치

랙 열 사이를 확대하면 cold aisle에서 hot aisle로 넘어가는 경계면의 온도 구배를 좀 더 정량적으로 볼 수 있습니다.

계산 시간은 일반 소비자용 GPU 기준 약 10~15분, CPU 8 core 기준 약 2시간이 소요되어, 설계 스크리닝 단계에서 다수 대안을 비교하기에 충분한 속도를 보였습니다.

정량 결과 — 랙 흡기/배기 온도

800랙 중 앞쪽 12개 랙(R1~R12)의 흡기(t_in)·배기(t_ex) 온도를 정상상태 기준으로 집계한 결과입니다.

랙마다 흡기온도(파란색)가 고르게 유지되고 배기온도(주황색)와의 온도상승 폭도 균일하게 나타남

12개 랙 모두 흡기온도가 기준 범위 안에서 고르게 유지되고, 랙 통과 온도상승도 랙마다 큰 편차 없이 균일하게 나타나 이 배치·급기 조건에서는 국소 과열(핫스팟) 랙이 발생하지 않았습니다.

국소 유동장 — Cold aisle 급기 흐름

Cold aisle 바닥 타일에서 올라온 급기가 랙 흡기면 쪽으로 휘어져 들어가는 흐름을 스트림라인과 속도 벡터로 확인했습니다.

저온(파란색) 급기 기류가 타일에서 상승해 랙 흡기면으로 유입되고, 랙을 통과한 고온(주황/빨강) 배기가 hot aisle로 빠져나감

같은 단면의 속도 크기 분포입니다. 타일 급기 직상부와 랙 사이 좁은 통로에서 속도가 높게 나타나고, cold aisle 중앙부는 상대적으로 정체된 영역으로 나타납니다.

정리

이 예제는 Boreas가 데이터센터 냉각 기류 스크리닝에 활용될 때 확인할 수 있는 대표적인 산출물을 보여줍니다.

• 전층 온도·기류 분포의 정량적 시각화
• 국소 과열(핫스팟) 랙 식별
• 랙 배치·급기 조건을 바꿔가며 대안을 비교할 수 있는 계산 속도 (케이스당 10~15분 수준)
• 랙 단위 흡기/배기 온도, 온도상승(ΔT) 등 리포트용 정량 데이터 추출

실제 프로젝트에서는 이렇게 스크리닝으로 좁힌 배치안을 전문 CFD 도구로 재검증하는 2단계 워크플로우로 이어집니다.